- •Содержание
- •Введение
- •1. Исторические предпосылки возникновения геоинформационных систем
- •2 Географические информационные системы
- •2.1 Основные понятия и определения
- •2.2 Структура и функции гис
- •2.3 Территориальные уровни гис
- •2.4 Географические сети
- •2.5 Модели и алгоритмы сетевого анализа
- •2.6 Пространственный анализ
- •2.7 3D Моделирование
- •2.8 Ввод данных в гис: основные этапы – сбор данных, очистка, кодирование, типы систем ввода данных
- •1. Ввод с помощью клавиатуры
- •2. Координатная геометрия
- •3. Цифрование.
- •4. Ввод существующих цифровых файлов
- •3 Взаимодействие гис и транспорта
- •3.1 Роль гис в дорожном движении
- •3.2 Планирование и оптимизация маршрута следования
- •3.3 Оценка длины пути маршрутов
- •3.4 Мониторинг уровня расхода и распределения топлива
- •3.5 Мониторинг грузов
- •3.6 Интеграция гис- и Интернет-технологий
- •4 Глонасс и gps
- •5 Обзор гис ведущих производителей отечественного и зарубежного рынков: особенности работы, функциональные возможности, стоимость
- •5.1 Настольная картографическая система MapInfo
5 Обзор гис ведущих производителей отечественного и зарубежного рынков: особенности работы, функциональные возможности, стоимость
Сегодня существует несколько главных поставщиков мощных универсальных систем для работы с ДДЗ. Это ERDAS, резко преобладающий на рынке США и являющийся мировым лидером по числу пользователей; австралийская компания Earth Resource Mapping (пакет ER Mapper), стремящаяся работать в геолого-геофизическом секторе; канадская компания PCI, завоевавшая известность благодаря активности в создании программного обеспечения для обработки радарных снимков; американская компания International Imagin Systems (Datron), создавшая пакет VPSTA и мощную фотограмметрическую разработку на его основе — PRPSM. Для другого мирового лидера в области программного обеспечения — компании Intergraph — обработка ДДЗ является одним из многих развиваемых направлений, хотя фотограмметрия занимает достаточно важное место в спектре решений, предлагаемых Intergraph. Достаточно широко известен в России пакет TNTmips (Micro-Images Inc.), использующийся, в частности, для создания дистанционных основ государственного геологического картирования рядом производственных объединений. Достаточно широким набором алгоритмов обработки ДДЗ обладает программный пакет IDRISI for Windows. Из российских разработок следует отметить фотограмметрическое программное обеспечение Photomod ЗАО «Ракурс», позволяющее не только получать прецизионные фотограмметрические данные, но и проводить визуальное дешифрирование изображений (вектор поверх растра) на экране персонального компьютера в стерео режиме. Последнее особенно важно для России, где специалисты-дешифровщики привыкли работать со стереоскопом, а Photomod позволяет перенести все наработанные навыки визуального дешифрирования на новую компьютерную основу. Справедливости ради следует отметить, что аналогичные возможности предоставляет программное обеспечение Softplotter и ряд продуктов корпорации Intergraph. Остановимся на некоторых характеристиках перечисленных программных продуктов. ER Mapper (Earth Resource Mapping)
Пакет ER Mapper является одной из наиболее функциональных систем обработки ДДЗ и наиболее известных программных продуктов как в мире, так и в России; работает на многих платформах — Windows 98, 2000, NT, RISC/UNIX (SUN, SGI, HP, DG, DEC, IBM).
ER Mapper рассчитан на применение во всех отраслях науки, техники и промышленности, где требуется обработка больших наборов геофизической и географической информации (контроль природных ресурсов, лесное хозяйство, информационное обеспечение управления землепользованием, разведка минеральных ресурсов, разведка и добыча нефти и газа). Каждая из прикладных отраслей имеет свои особенности, которые учтены в пакете для получения полного и эффективного решения. Программное обеспечение содержит библиотеку алгоритмов, необходимых для обработки широкого спектра данных — от спутниковых съемок до сейсмических измерений. Имеется возможность модифицировать существующие алгоритмы или добавлять в библиотеку новые.
В пакете применяется стандартный BIL-формат с внешним ASCII-заголовком. Этот формат позволяет использовать результаты работы совместно со многими ГИС и системами обработки изображений. Многие векторные форматы (включая DXF и DGN) используются без преобразований, другие импортируются во внутренний векторный формат ER Mapper. Покрытия ARC/INFO могут визуализироваться, редактироваться и сохраняться непосредственно в пакете без установки ARC/INFO.
Наиболее интересной возможностью является реализация концепции алгоритмов. Ее основная идея — уменьшить количество промежуточных файлов при сложной многоступенчатой обработке снимков. Хранится в первую очередь схема обработки (алгоритм), которую проще применить повторно, чем накапливать занимающие много места на диске результаты обработки и промежуточные файлы.
PCI (EASI/PACE)
PCI (EASI/PACE) — канадская компания, существующая с 1982 г. и бесспорно являющаяся одним из мировых лидеров в области программного обеспечения для обработки ДДЗ.
Основной полнофункциональный продукт EASI/PACE Image Processing Kit работает на большинстве UNIX-платформ (SUN, SGI, HP, IBM, DEC, DG, SCO-Intel), MS Windows 98, NT, Macintosh, VAx/VMS и OpenVMS.
В составе пакета модули ImageWorks, GCPWorks, Space, Kernel, Image Processing, Geometric Correction, Vector Utilities, GIS Links, Multilayer Modelling, Frequency Transforms, обеспечивающие геометрическую коррекцию, поддержку более 20 картографических проекций, атмосферную коррекцию, обработку стереопар, анализ рельефа.
Обработка изображений заключается в сшивке растра, наложении, фильтрации, выделении границ, оттенении объектов и др. Модуль-пакет многоспектрального анализа включает распознавание объектов по уникальным интенсивностям спектра изображений.
Одной из наиболее интересных особенностей является концепция GDB (Generic Database), позволяющая ряду программ пакета работать непосредственно с файлами внешних форматов, без их экспорта. При этом создается файл заголовка, содержащий данные о размере изображения, числе зон съемки и т.п. В таком режиме доступны стандартные для ДДЗ форматы BSQ, BIP, BIL, а также TIFF, GRASS, ARC/INFO GRID, ERDAS. Подобным же образом реализован доступ и к некоторым векторным форматам: ARC/INFO Generate, shape-files, E00, DXF, DGN. Имеется внутренний формат для векторных данных.
TNTmips (Microimages Inc.)
TNTmips является пакетом обработки изображений, которому присущи черты ГИС, CAD и систем управления пространственными базами данных.
TNTmips имеет доступ к некоторым внешним форматам данных, но большинство данных импортируется в собственный формат. Импорт осуществляется из 58 различных растровых, векторных и CAD-форматов, включая покрытия ARC/INFO, форматы Generate и Interchange, AutoCAD DXF, design-файлы MicroStation и шейп-файлы ARC/INFO. Тридцать из этих форматов доступны для экспорта.
Достаточно легко обращаться с меню TNTmips для доступа и запуска различных функций обработки изображений. Некоторые операции (контрастирование и фильтрация) могут быть выполнены в памяти или режиме предварительного просмотра. Большинство операций требуют записи файла на диск. Вывод графики быстрый, и есть возможность остановки операции. Еще одно преимущество TNTmips — разнообразие наборов инструментов географической привязки и мозаики изображений. Многие из них особенно полезны для обработки материалов аэрофотосъемки с малых высот.
Интересно заметить, что большинство североафриканских стран с относительно плохой изученностью природных ресурсов используют TNTmips как основной пакет по обработке данных зондирований. Начиная с версии 4.9 продукт дополнен средствами корректировки снимков с российских спутников.
VPSTA (DATRON/TRANSCO Inc. Imagin SystemsDivision — DTi International Imaging Systems)
VPSTA представляет собой пакет прикладных программ для обработки данных дистанционного зондирования. VPSTA создана для удовлетворения потребностей профессионалов в управлении ресурсами земли, метеорологии и экологическом мониторинге, землепользовании, медицине. Имеется свыше 300 функций (алгоритмов), включая прецизионную фотограмметрию и орторектификацию, цифровые модели рельефа, улучшение изображения, кросскорреляцию, радио- и геометрическую коррекцию, классификации, пространственное моделирование, фильтрацию, работу с векторными данными, в том числе аннотирование и редактирование растровых и векторных данных, наложенных на растровое изображение, поддержку ГИС, генерацию отчетов. Имеется несколько модулей расширения, дополняющих функции базового комплекта.
Форматы обмена данными: графические векторные — ARC/ INFO, AutoCAD, grph (собственный формат пакета), графические растровые — Image (собственный формат), TIFF, ERDAS, AVHRR, MSS, DLG, TM и др. Поддерживается более 20 картографических проекций с возможностью их преобразования друг в друга. Интеграция растр в вектор, вектор в растр и вектор поверх растра. Поддержка ввода со сканера, по растровой подложке, с дигитайзера, с GPS и с фотограмметрической станции (собственный модуль цифровой фотограмметрии — PRPSM с поддержкой обработки аэрофотоснимков, SPOT и JERS-изображений и радарных снимков). Геометрические функции VPSTA решают задачи регистрации наборов данных, геометрической коррекции и пространственного моделирования. Помимо этого пользовательский интерфейс включает разделы: усовершенствование изображений, Фурье-преобразования, в том числе восстановление изображений в местах плохой видимости, разнообразные методы эффективной и точной спектральной классификации (конечные данные могут быть включены в геоинформационные системы в качестве тематических карт-покрытий).
VPSTA представляет собой инструмент, который дает специалисту большую свободу в создании моделей ГИС в растровой области. Во многих случаях эффективность применения VPSTA можно увеличить путем обмена данными с другими специализированными системами, такими, как ARC/INFO, AutoCAD.
Редактирование графики, включая создание условных обозначений и их размещение, позволяет представить результаты дешифрирования в виде готовых карт.
PHOTOMOD (Ракурс, Россия)
Система PHOTOMOD предназначена для многофункциональной прецизионной фотограмметрической обработки стереопарных изображений. Работает на персональных компьютерах (в том числе с достаточно умеренными характеристиками) в операционных средах Windows 98, NT, 2000.
Изначально разработчики пакета ставили задачу создания инструмента, не уступающего по функциональным возможностям средствам, функционирующим на базе RISC-UNIX-станций, но в то же время работающего на персональных компьютерах и обладающего значительно меньшей стоимостью.
Пакет программных модулей для проведения основных фотограмметрических работ позволяет провести ориентирование стереопары, автоматизированное построение цифровой модели рельефа в виде регулярной и нерегулярной (адаптивной) триангуляционной сети или «гладкой» модели, интерактивное редактирование ЦМР в сте-реорежиме визуализации, построение ортофото и горизонталей, векторизацию по ортофото с возможностью измерения трехмерных характеристик создаваемых объектов. Имеется модуль дешифрирования в стереорежиме с установлением топологических связей и экспортом в векторно-топологический формат.
Для обеспечения работы в стереорежиме в пакете PHOTOMOD используются два средства стереоскопической визуализации: цветной анаглифический (очки со светофильтрами), позволяющий выводить на печать стереоскопические, в том числе цветные, изображения, и основанный на стереоочках с LCD-затворами, инфракрасным синхронизатором и эмиттером инфракрасного синхросигнала.
Система отличается автоматизацией и высокой точностью измерений благодаря кросскоррелятору, работающему с субпиксельной точностью.
Пакет программных средств PHOTOMOD состоит из четырех модулей. Базовый модуль PHOTOMOD включает встроенную базу данных, служащую для управления работой программных модулей и хранения информации; обеспечивает ввод данных и проведение внутреннего, взаимного и внешнего ориентирования стереопары; служит для построения стереоизображения и проведения пространственных измерений.
Модуль PHOTOMOD DTM используется для автоматического построения цифровой модели рельефа в виде регулярной и нерегулярной (адаптивной) триангуляционной сети или «гладкой» модели, обеспечивает интерактивное редактирование ЦМР в сте-реорежиме визуализации, орторектификацию и построение горизонталей. Создание, редактирование и экспорт результатов дешифрирования на основе ортофотоплана с возможностью измерения трехмерных характеристик созданных объектов проводится в модуле PHOTOMOD Vector.
Модуль PHOTOMOD StereoDraw служит для стереодешифрирования с установлением топологических связей между объектами. В модуле имеется режим автоматического следования по рельефу, при котором проводимая оператором линия автоматически ложится на рельеф и получает высотную координату в каждой своей вершине. Режим автоматического следования по рельефу, возможности сглаживания векторов, фиксации высотной координаты, удобство управления маркером в трехмерном пространстве позволяют значительно повысить производительность труда оператора при проведении дешифрирования.
Дополнительный модуль PHOTOMOD ScanCorrect служит для метрической калибровки планшетных сканеров. Этот модуль позволяет использовать полиграфические сканеры для проведения точных фотограмметрических работ за счет значительного повышения геометрической точности сканирования снимков.
WinGIS Программа разработана фирмой Progis (Австрия) в 1993 г. В 2000 г. началась поставка версии с номером 4.0. В России выполнено около 650 инсталляций.
WinGIS — профессиональная геоинформационная система. Она позволяет проводить полный комплекс работ по созданию и анализу электронных карт, включая цифрование на дигитайзерах и по снимкам. Реализованные функции генерации объектов часто напоминают подобные в AutoCAD. WinMAP — ГИС конечного пользователя, не позволяет подключать дигитайзеры, исключены некоторые функции, отсутствует возможность импорта/экспорта данных. Предназначена для полноценной работы с подготовленными в WinGIS проектами. WinMAP/LT — вьюер конечных проектов пользователя. Имеет практически весь набор функций WinMAP, но интерфейс выведен на «плавающую» панель кнопок, что весьма удобно для непрофессионала, не знающего специфических терминов ГИС. Набор кнопок определяется пользователем. Предназначен для просмотра/демонстрации или для построения реальных ГИС, распространяемых на компакт-дисках для массового использования. Эта технология уникальна по совокупности признаков и по коэффициенту полезного действия.
Все компоненты системы имеют следующие общие черты: построены на одном программном ядре; проект может состоять в идеальном случае из двух файлов: 1-й — графическая часть, 2-й — база данных (например, MS Access держит все таблицы в одном файле; если используется СУБД типа Paradox, то файлов будет несколько); простота в изучении и работе; универсальность графических возможностей и гибкость программных средств; генерация любых графических объектов, их точное позиционирование; построение сложных изображений; возможность совмещения на одном экране растровой и векторной информации; интерфейс, обеспечивающий успешную работу не подготовленных в области геоинформатики специалистов; атрибутивная база данных является полностью внешней. Можно использовать свою собственную БД, подключая напрямую MS Access, Oracle, Paradox и т.д. Связь с базой данных осуществляется через AxWinGIS. Большинство функциональных команд могут исполняться из приложения пользователя, написанного на любом языке программирования.
ArcGIS ArcEditor
Программа разработана фирмой ESRI, Inc. (США). Первая версия ArcGIS Editor была внедрена в 2001г. сразу с номером 8.0. Номер версии, поставки которой начались в 2003 г., — 8.3.
ArcGIS Editor — настольное ГИС-приложение семейства ArcGIS Desktop, обеспечивающее визуализацию данных, возможность создания карт и построения к ним запросов. ArcEditor поддерживает редактирование shape-файлов, покрытий и баз геоданных как персональных, так и многопользовательских; содержит набор инструментов для конвертации и проектирования (преобразования в различные картографические проекции) данных, а также ряд функций пространственного анализа. Ключевыми особенностями ArcEditor являются широкие возможности редактирования различных форматов данных и полный набор инструментов для составления и оформления карт на высоком картографическом уровне.
ArcGIS Editor состоит из трех базовых модулей: АгсМар — отображение, редактирование и анализ данных, создание карт; ArcCatalog — доступ к данным и управление ими; ArcToolbox — инструменты управления проекциями и конвертации данных. Система может расширяться за счет подключения дополнительных модулей расширения Достоинства системы:
совершенные средства для создания карт, ввода, редактирования и преобразования данных;
поддержку топологической и сетевой моделей данных;
наличие функций картографического и сетевого анализа;
поддержку СОМ технологии, работы с распределенными ресурсами и распределенное управление данными;
полную интеграцию с системами управления реляционными базами данных (СУБД);
наличие настраиваемого пользовательского интерфейса, стандартной среды настройки; возможность создания пользовательских объектов и собственных моделей данных.
Autodesk Map
Программа разработана фирмой Autodesk, Inc. (США). С 2003 г. поставляется шестая версия системы. Эта ГИС работает в среде пакета AutoCAD 2004.
В распоряжении пользователя Autodesk Map все возможности AutoCAD 2004 и Autodesk Land Desktop. Autodesk Map имеет развитые инструменты для создания и редактирования карт и работы с топологией, а также ГИС-анализа. Система поддерживает работу с Oracle Spatial, обеспечивает связь объектов карты с внешними документами различных типов. Имеет развитые инструменты для интеграции с другими ГИС и другими информационными системами. Autodesk Map позволяет работать с 3000 систем координат и картографических проекций или создавать описание собственных систем. В процессе работы преобразование координат выполняется на лету. Система позволяет осуществлять связь с базами данных, поддерживающими ODBC, включая Microsoft Access, Excel, Oracle, dBase, FoxPro, Paradox и SQL Servery.
GeoMedia/GeoMedia Professional
Программа разработана фирмой Intergraph Corp. (США) в 1997 г. С 2003 г. поставляется версия 5.1.
GeoMedia Professional — универсальный ГИС-клиент, позволяющий напрямую (без конвертации) подключаться и работать с геоинформационными БД большинства индустриальных форматов, эффективно интегрируя геоданные в единую информационную систему. GeoMedia предоставляет единый механизм ввода запросов, анализа, отображения данных из разнородных источников. Система позволяет бесшовно интегрировать геоданные, созданные в различных системах, в единую распределенную геоинформационную БД. Предоставляет доступ к удаленным данным. Возможна адаптация и программирование собственных приложений. Архитектура GeoMedia — прототип концепции открытой ГИС, разработанной Консорциумом по открытым ГИС (Open GIS Consortium), и первый продукт, полностью соответствующий этим спецификациям.
С помощью GeoMedia можно осуществлять ввод и проверку корректности данных, делать запросы, создавать тематические карты и легенды, выполнять сложные аналитические процедуры. Средства анализа в GeoMedia позволяют превращать геометрические объекты в тематические, отбирать те или иные тематические объекты, а также интегрировать в ГИС растровые изображения и объекты мультимедиа. С помощью средств определения классов и объектов, ввода, редактирования и размещения можно пополнять и развивать данные, поддерживая их в актуальном состоянии.
MicroStation/J Программа разработана фирмой Bentley Systems, Inc. (США).
Версия 8.1 — поставляется с сентября 2003 г.
MicroStation/J позволяет создавать комплексные масштабируемые системы автоматизированного проектирования и управления создаваемыми данными (CAD/CAM/TDM/EDMS/PDM), комплексные ГИС-САО-технологии и инструментальные средства, программное обеспечение в отрасли, традиционно называемой АЕС (архитектура, инженерное дело и строительство), ПО для проектирования промышленных предприятий и технологических установок, ПО для гражданского проектирования, ПО для создания комплексных систем управления проектно-ин-женерными данными, включая публикацию этих данных в среде Интернет/Интранет и доступ к информации со стороны «тонких» клиентов.
CAD-CREDO — проектирование автомобильной дороги
Программа разработана НПК «Кредо-Диалог» (Белоруссия) в 1989 г., предназначена для комплексного решения основных задач проектирования нового строительства и реконструкции автомобильных дорог II —V технических категорий.
В программе реализованы оригинальные алгоритмы, методы и математические модели, позволяющие оптимизировать проектные решения геометрического, технико-экономического и экологического разделов проекта, а также комплексный подход, позволяющий организовывать непрерывную технологическую линию изысканий и многовариантного проектирования Она проста в освоении и эксплуатации, обеспечивает свободный доступ к нормативной базе.